真型变压器局部放电超高频信号的传播特性

超高频检测法是变压器局部放电在线监测的主要手段之一。由于变压器内部结构复杂,局部放电产生的电磁波在真型变压器内部的传播规律尚不清楚,制约了超高频局部放电检测技术的良好应用。为此,基于一台真型110 kV三相三绕组油浸式变压器,搭建了局部放电超高频信号传播特性检测平台,研究了变压器中局部放电电磁波的传播特性,得出了对应变压器多个检测点处超高频信号的幅值、累积能量、频率和传播时间的变化特性及规律。结果表明:变压器中超高频信号的幅值随着传播距离的增加而非线性地减小,衰减速率减慢;信号的累积能量与幅值的衰减规律相似,但衰减范围更大;电磁波在传播过程中,频率越高,衰减越严重,绕射能力越弱,导致天线检测到信号的主要能量集中在300～600 MHz频带内;检测位置被绕组和铁芯阻挡时,电磁波以绕射方式到达天线,信号波头衰减严重,造成首波到达时刻读取滞后,会降低超高频检测定位的准确性。论文研究可为变压器局部放电超高频检测天线频带、安装位置的选择以及检测灵敏度的提高提供参考和理论依据。     

变压器绕组对局部放电特高频定位方法的影响

为研究特高频(ultra-high frequency,UHF)定位方法对绕组内部局部放电定位的可行性,通过实验研究了油浸式电力变压器中绕组对局部放电UHF电磁波传播的影响。建立了基于220kV油浸式电力变压器的试验研究平台和UHF定位系统,并在变压器绕组内部设置了局部放电缺陷。通过试验测量了UHF电磁波经过绕组后的衰减程度和到达两传感器的时间差误差,并计算得出定位结果及其误差。结果表明,UHF电磁波经过绕组向外传播时,其信号幅值衰减了18～22dB,时间差误差≤0.5ns,UHF定位方法对绕组内部的局部放电的定位误差<15cm。可见,虽然绕组内部的局部放电UHF电磁波经过绕组后衰减严重,但是由此引起的时间差误差较小,因此采用UHF方法可以对绕组内部的局部放电准确定位。     

变压器局部放电UHF信号传播特性的仿真分析

特高频(UHF)技术通过检测局部放电辐射电磁波信号来实现对设备局部放电的检测,抗干扰能力强,检测灵敏度高,是一种基于空间电磁场耦合的局部放电测试技术,能够实现真正意义上的局部放电在线检测,因此在变压器局部放电检测领域取得了日益广泛的关注及研究。由于变压器内部结构复杂,各种金属结构件都会对辐射电磁波的传播产生影响,因此变压器局部放电UHF检测技术有必要研究变压器内部电磁波的传播规律。为此在对变压器内部结构进行合理简化的基础上完成了变压器典型结构的计算机建模,以高斯电流元模拟局部放电源,合理设置各类仿真参数,利用时域有限差分法(FDTD)对特高频电磁波在变压器内部的传播特性进行了仿真分析。仿真结果给出辐射电磁波信号在铁心绕组之间的传播特点,铁心对电磁波传播造成的衰减和畸变作用,并通过时域及频域波形的对比给出不同脉宽、不同幅值电磁波信号在铁心绕组结构中传播的特点。     

用超高频局部放电测量法实现电力变压器局部放电的在线监测

高频局部放电测量法(UHF法)与传统的脉冲电流法完全不同，它采集的被测信号为局部放电过程所产生的超高频电磁波：利用UHF法可有效解决电力变压器局部放电在线监测中的抗干扰问题。文中结合变压器结构设计的放油阀式和人孔／手孔盖式超高频信号传感器安装在220kV和110kV电压等级变压器上，成功地捕捉到变压器内部局部放电产生的超高频信号。对变压器局部放电故障诊断的判据等问题进行讨论，为变压器超高频局部放电在线监测方法的应用积累了经验。     

变压器局部放电UHF传感器安装方式对检测灵敏度的影响理论分析

本文中作者列出了现有的UHF传感器安装方式,依据电磁波经过金属板缝隙、圆波导管等典型结构的传播理论分析了UHF电磁波经过变压器油箱接缝、充放油管道等部件的衰减特性。     

变压器内置式超高频传感器安装位置选择仿真研究

在变压器局部放电超高频（UHF）检测中,局部放电检测灵敏度和有效性受到传感器安装位置的影响。为了确定传感器安装位置的影响程度和给出合理的安装建议,采用有限差分方法（FDTD）,以一台220 kV变压器为例,对不同位置局部放电源激发的电磁波在变压器内部结构中的传播特性进行仿真研究,并对内置式传感器的合理安装位置进行分析和讨论。结果表明：由变压器内部局部放电产生的电磁波具有较为复杂的传播特性;安装于变压器箱体正面及背面的传感器能够更好的检测发生在调压、低压、中压及高压绕组之间以及相间的局部放电。通过仿真研究,证明了变压器仿真模型能够有效指导实际变压器UHF传感器安装位置的选择。     

GIS金属法兰孔特高频信号传播特性研究与外置式发射天线开发

在未安装内置式特高频(ultra-high-frequency,UHF)传感器的情况下,如何向气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulated metal-enclosed switchgear,GIS)内部注入UHF电磁波标定信号是目前开展GIS局部放电UHF在线监测系统灵敏度现场校验时面临的关键问题之一。提出了GIS外置式UHF电磁波发射方法,即通过盆式绝缘子金属法兰小孔注入标定信号。通过仿真和理论分析研究了UHF电磁波经过小孔时的传播模式和电场结构,通过加脊降低了矩形波导天线的下限截止频率,研制了双脊波导发射天线,在GIS设备上检验了该发射方法及装置的应用效果。研究表明,UHF电磁波以TE10波型为主模经过小孔传播,双脊波导天线的下限截止频率降到了300 MHz,通过它能够向GIS内部发射300MHz 1.5GHz的UHF标定信号。GIS体外式UHF标定信号注入方法可以为GIS局部放电UHF检测仪器现场灵敏度校验提供标定信号源。     

基于介质窗口和UHF传感器的变压器局部放电检测与定位方法

局部放电特高频检测方法灵敏度高、抗干扰能力强,已经得到广泛认可。由于油浸式变压器油箱的屏蔽作用,其内部局部放电产生的电磁波无法辐射出来,这阻碍了变压器局部放电特高频检测方法的推广应用。为此提出了基于介质窗口式UHF传感器的变压器局部放电检测与定位方法。通过仿真分析了介质窗口的规格尺寸对UHF信号强度的影响;在一台即将投入运行的220 kV变压器上安装了8个介质窗口UHF传感器,开展了局部放电检测与试验。研究结果表明,介质窗口直径为150 mm、高度为0时其外侧UHF信号最强;据此设计的UHF传感器检测到220 kV变压器内50 pC的局部放电,并能够准确定位。介质窗口式UHF检测方法对于提高变压器局部放电检测水平具有重要意义。     

变压器特高频、超声波侵入式PD联合检测技术

最新颁布的IEC TS 62478-2016《高电压技术-电磁和声学法测量局部放电》国际标准,指出了现有的外置式超声波法测量PD主要存在:设备外壳对声波的衰减和不同介质声阻抗引起的传输多路径问题。笔者基于变压器放油阀结构,将特高频(UHF)天线和压电陶瓷声发射(AE)传感器进行一体化设计,再考虑电磁波和超声波信号耦合、防变压器油渗漏两个主要问题的基础上,加工研制了能够同时耦合UHF、AE信号的侵入式PD复合传感器。110 kV变压器内置尖端放电下与外置式压电陶瓷AE传感器的对比试验表明:所设计的UHF、AE侵入式PD复合传感器能够有效探测到油中微弱放电产生的具有特定时间差Δt的电磁波和超声波信号,这为变压器PD检测提供了一种全新的"声-电"即UHF、AE联合检测技术。     

外置式UHF校验信号注入方法的可行性研究

在内置式特高频(ultra-high-frequency,UHF)传感器配置不足的情况下,如何向GIS设备内部注入UHF校验信号是GIS局部放电UHF检测系统灵敏度现场校验中的关键问题之一。文中提出金属法兰孔式UHF校验信号注入方法,并研究其可行性,依据工程电磁兼容原理阐述了电磁波经过小孔后的衰减特性。建立了基于252 kV GIS设备的局部放电UHF信号测试平台,在靠近出线套管的GIS腔体内设置局部放电缺陷,在距离缺陷最近的金属法兰孔处设置发射传感器,在GIS典型部位安装圆盘形传感器,利用其接收局部放电和发射传感器辐射的UHF信号。通过对比局部放电信号和注入信号的频谱分布、衰减特性,分析两者的一致性。研究结果表明,UHF电磁波经过金属法兰孔后的衰减程度随着频率的升高而减小,在600 MHz以下注入信号的能量小于局部放电。在现场校验中应适当提高脉冲源的输出幅值和上升沿时间,使注入信号与局部放电信号的幅值和频谱相当。此研究对于推进GIS局部放电检测系统的现场校验具有重要参考价值。     

GIS中电磁波传播特性的试验研究

GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频（UHF）电磁波信号,局部放电信号可通过超高频传感器进行检测。为研究UHF信号在GIS中的传播特性,在GIS内设置了导体尖端和悬浮电位放电模型,内置式传感器的信号与用示波器在盆式绝缘子浇注孔测试到的UHF信号进行比较。试验结果表明,UHF信号在GIS内有一定的衰减,外置式传感器测得的信号比内置式的衰减大。     

变压器局部放电超高频电磁波的传播特性

分析了变压器中局部放电激发的超高频电磁波在油 -隔板复合绝缘中的传播特性 ,讨论了变压器箱体对电磁波传播的影响 ,实验室研究结果表明 ,超高频局放电磁波在油 -隔板复合绝缘中传播时会产生一定的衰减 ,但对电磁波的接收影响不大 ;变压器箱体可引起电磁波的严重衰减 ,大大降低检测灵敏度 ,因此实测时超高频传感器应内置     

GIS局部放电特高频检测方法灵敏度的研究

GIS局部放电特高频UHF在线检测得到了广泛的实际应用,但对GIS绝缘子的闪络故障还缺少有效的预警能力,由此引起了对UHF检测方法灵敏度的极大关注。文中对一个实际GIS支撑绝缘子的实际局部放电进行了实验研究,结果表明,局部放电UHF检测方法确实存在灵敏度的死角。该支撑绝缘子的局部放电的脉冲电流陡度在很大的范围内变化,所产生的电磁波的频带也在很大范围内变化,但大部分局部放电的电磁波频率低于UHF频段,不能够被UHF检测方法有效检测。由此推断,在局部放电UHF检测中,严重的局部放电未必表现为高脉冲幅值和高脉冲频度,有可能被现有的诊断机制所忽略。     

变压器局部放电特高频传感器定量分析技术的研究

正局部放电将促使变压器绝缘老化速率加快,所以对局部放电检测诊断的研究具有重要意义。在变压器的局部放电检测中,特高频(Ultra High Frequency,UHF)检测法具有抗干扰能力强、灵敏度高等优点,适用于变压器局部放电的现场检测。但是对于现有的变压器特高频测量系统无法与视在放电量(pC)所对应,针对此情况,重点研究在变压器内部特高频信号衰减特性、传播特性及与视在放电量(pC)的对应关系。     

采用UHF测量方法对电力变压器进行现场局部放电探测和定位

对高电压电力变压器的绝缘情况作出可靠的判断是安全和节省成本运行的基本条件.介绍一种重要的现场有条件测定方法(局部放电测量).为了将UHF PD信号从电力变压器的油箱内分离出去,可将敏感的UHF传感器应用在放油阀上.通过对带电磁UHF的电力变压器的局部放电和声学方法的比较调查发现:与声信号比较,对UHF信号具有更低的衰减作用.文中给出的若干现场/在线测量以及实验室实验显示非传统的局部放电测量方法对于现场出现的噪声具有优越性和抗扰性.     

电力变压器结构对UHF局部放电在线检测的影响

研究了油中针-板放电模型在电力变压器模型内部不同位置放电时,铁芯和绕组模型对UHF局部放电在线检测系统的影响。结果表明,内部主要结构部件对UHF局放射频信号能量有明显衰减作用,对UHF检波信号幅值有一定程度的衰减作用,但并未发现对检测灵敏度有显著影响,也未发现存在检测“盲区“。     

变压器绕组内局部放电UHF电磁波传播过程研究

采用时域有限差分(FDTD)法,研究了变压器绕组内部局部放电的特高频(UHF)电磁波向外辐射的传播路径和衰减情况。根据一台220 kV变压器的尺寸建立了铁芯绕组仿真模型,利用自适应网格法剖分模型空间,给出了用于模拟局部放电的高斯电流元,置于同一铁芯柱上的高低压绕组之间;仿真了UHF电磁波向外辐射的过程;分析了沿绕组径向和轴向的放电源产生的UHF电磁波向外辐射的传播路径和衰减情况。仿真结果表明:当放电源沿绕组径向时,UHF电磁波主要经过高压绕组的饼间油道传出,相对无绕组情况下衰减3.4 dB。当放电源沿绕组轴向时,UHF电磁波主要经过高低压绕组间的油道传出,相对无绕组情况下衰减1.2 dB。     

人工电压脉冲与局部放电UHF信号的等效性分析

使用人工电压脉冲向GIS内部注入与局部放电等效的特高频(ultra-high-frequency,UHF)电磁波信号是UHF检测系统灵敏度现场校验的关键环节。通过实验研究人工电压脉冲与局部放电UHF信号的时域幅值和频谱分布差异。建立了基于220 kV的GIS设备的局部放电UHF测试平台,在靠近出线的腔体内分别用局部放电缺陷和人工电压脉冲发射UHF电磁波,利用安装在4个典型部位的圆盘形天线接收UHF信号。通过测量各部位的信号幅值,对比人工电压脉冲与局部放电UHF信号的衰减程度;通过对信号波形作傅立叶变换,对比2种信号的频谱分布。研究结果表明,经过断路器后人工电压脉冲的信号衰减程度略大于局部放电,人工电压脉冲的频谱分布接近于局部放电,且人工电压脉冲电压波形的上升时间在0.3?1 ns范围变化时对UHF电磁波信号频谱分布没有影响。对于开展UHF检测系统灵敏度现场校验工作具有重要指导意义。     

局部放电超高频信号时频特性与传播距离的关系

超高频(UHF)检测法具有频带宽、信息量大、抗干扰能力强等一系列优点,近年来在局部放电检测中得到了广泛应用。为此,建立了变压器油纸绝缘局部放电模型,研究了超高频电磁波信号与脉冲电流之间的对应关系,以及超高频电磁波信号与传播距离的关系。实验结果表明:1)随着传播距离的增加,超高频电磁波信号的能量和幅值均呈非线性衰减趋势;2)局部放电超高频电磁波信号幅值与脉冲电流幅值成正比关系,超高频电磁波信号能量与脉冲电流幅值的平方成正比关系,且比例系数随着超高频电磁波信号传播距离增加而减小;3)超高频电磁波信号中高频分量随着传播距离增加而衰减很快。以上结论有助于更加详细地了解局部放电超高频电磁波信号的辐射规律,是超高频检测法用来检测电力设备局部放电的依据。     

高压电缆附件局部放电超高频检测与分析

为保障XLPE电力系统安全运行,开展高压系统附件局部放电(PD)检测研究,建立了110kV交联聚乙烯电缆接头的数学物理模型并利用时域有限差分法对其内部产生的PD超高频(UHF)电磁波的传播特性进行数值仿真。研究检测位置和金属护套以及半导电层等4种因素对UHF信号波形畸变和能量衰减的影响,并通过实验室电缆接头PD实测验证的仿真结果表明:金属护套和半导电层对UHF信号波头和频率有较大的衰减作用,在-20dB衰减条件下,UHF传感器距离接头的理论值应<3m,且上限频率≤500MHz。